一种无线节水滴灌自动控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：包括上位机、S3C6410网关、第一CC2530无线收发模块、田间控制节点和执行机构，上位机、S3C6410网关、第一CC2530无线收发模块依次相连，田间控制节点与第二CC2530无线收发模块、太阳能供电系统相连，第一CC2530无线收发模块与第二CC2530无线收发模块以无线通讯方式相连，田间控制节点与液位传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器和温度传感器相连接，田间控制节点的输出端还与执行机构相连以达到自动控制目的。本实用新型结构简单、布设灵活、效率较高、经济适用、可靠性好、减少了劳动量，有效解决了现有技术的不足。
【专利说明】一种无线节水滴灌自动控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及农业自动化领域，尤其是涉及一种无线节水滴灌自动控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着人口的增长和农业的发展，随着全球变暖造成的干旱问题日益严重，世界水 资源的需求量越来越大，水资源紧缺已成为全世界人民共同关注的问题。滴灌技术是通过 干管、支管和毛管上的滴头，在低压下向土壤经常缓慢滴水，可直接向土壤供应已过滤的水 分、肥料或其他化学剂等的一种实用技术。大田自动滴灌技术具有大幅度提高水的利用率、 减少土壤结构破坏、改善生态环境、提高经济效益的作用，是一种高效节水的新型灌溉技 术，目前已经成为实施高效、精准灌溉的重要水资源管理技术措施。近年来，随着无线信息 传输技术的发展，ZigBee无线网络以其低成本、低功耗、低速率、近距离、短延时、高安全等 特点，在现代农业发展中得到高度关注。 实用新型内容
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种无线节水滴灌自动控制系统，将传 感器技术、STM32F103VET6单片机、ZigBee无线通信技术相结合，提出了一种节水滴灌自动 控制系统的设计方法，并开发了基于STM32的田间控制器。系统针对不同农作物在不同生 长时期对水分的需求情况，依据土壤湿度与环境温度，能够与基于S3C6410开发平台的网 关通过ZigBee无线网络进行通信，由田间控制器精准科学地控制灌水位置、灌水时间、灌 水量、灌水质量，实现了农作物的适时自动滴灌，为作物生长提供良好的条件。系统为实现 大面积农田的统一调度管理提供了基础，是一种理想节水滴灌解决方案。其结构简单、布设 灵活、效率较高、经济适用、可靠性好、减少了劳动量，有效解决了现有技术的不足。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种无线节水滴灌自动控制系 统，其特征在于：包括上位机、S3C6410网关、第一 CC2530无线收发模块、田间控制节点和执 行机构，所述上位机、S3C6410网关、第一 CC2530无线收发模块依次相连，所述田间控制节 点与第二CC2530无线收发模块、太阳能供电系统相连，所述第一 CC2530无线收发模块与第 二CC2530无线收发模块以无线通讯方式相连，所述田间控制节点与液位传感器、压力传感 器、流量传感器、湿度传感器和温度传感器相连接，所述田间控制节点的输出端还与执行机 构相连以达到自动控制目的。
[0005] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述田间控制节点为多个 基于STM32的田间控制器。
[0006] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述湿度传感器和温度传 感器为功能合一的SHT11 土壤温湿度传感器。
[0007] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述田间控制器1放在主 管道上，配有液位传感器、压力传感器及流量传感器，执行机构是调节水压大小的变频器。
[0008] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述田间控制器2-田间控 制器η完全相同，放在每块田地里，配有SHT11 土壤温湿度传感器，一个终端节点模块可以 根据需要连接多个测温湿度的探头，执行机构是控制滴灌开闭的电磁阀。
[0009] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述STM32的田间控制器 为STM32F103VET6闪存32位微控制器。
[0010] 上述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述第二CC2530无线收发 模块与STM32的田间控制器采用MAX3232芯片串口通信电平转换。
[0011] 采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：
[0012] 1、本实用新型的STM32田间控制器能够实时监测作物土壤湿度和环境温度，将传 感器信号通过无线发送到控制中心，控制中心能够准确实时地了解到当前系统中各个节点 的工作状态，并及时启动自动滴灌，非常有利于农作物的生产。一旦出现通信中断、水压异 常等，能够及时地反映到控制中心，通过语音报警等方式立即通知相关人员进行维修，提高 了整个系统的可靠性。
[0013] 2、本实用新型的系统采用ZigBee技术，网络结构简单，田间布设灵活，提高了自 动灌溉的实用性及对水的使用效率，减小了劳动量、导线和管路敷设费用，且无需人为操 作，能够长期稳定地工作，方便大面积安装、维护和系统回收，为我国的精准农业工程提供 了强有力的工具。
[0014] 综上所述，本实用新型结构简单、布设灵活、效率较高、经济适用、可靠性好、减少 了劳动量，有效解决了现有技术的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型实施例的系统架构框图；
[0016] 图2是本实用新型实施例的ZigBee通信板电路图；
[0017] 图3是本实用新型实施例的终端控制节点通信电路图；
[0018] 图4是本实用新型实施例的四通道采集电路图。
[0019] 其中：
[0020] 1、上位机；2、S3C6410网关；3-1、第一 CC2530无线收发模块；
[0021] 3-2、第二CC2530无线收发模块；4、太阳能供电系统；
[0022] 5、基于STM32的田间控制器；6、电磁阀；7、液位传感器；
[0023] 8、压力传感器；9、流量传感器；10、变频器；
[0024] 11、湿度传感器；12、温度传感器。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0026] 如图1所示，一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：包括上位机1、 S3C6410网关2、第一 CC2530无线收发模块3-1、田间控制节点和执行机构，所述上位机1、 S3C6410网关2、第一 CC2530无线收发模块3-1依次相连，所述田间控制节点与第二CC2530 无线收发模块3-2、太阳能供电系统4相连，所述第一 CC2530无线收发模块3-1与第二 CC2530无线收发模块3-2以无线通讯方式相连，所述田间控制节点与液位传感器7、压力传 感器8、流量传感器9、湿度传感器11和温度传感器12相连接，所述田间控制节点的输出 端还与执行机构相连以达到自动控制目的。
[0027] 其中，S3C6410网关2是基于ARM1176JZF-S的16 / 32位RSIC微处理器，是一款具 有低成本、低功耗、高性能特点的应用处理器，它具有4个UART接口，支持DMA和Interrupt 模式，按ZigBee协议实现无线传输功能和自组网功能。当网关系统上电时，作为协调器的 ZigBee主节点启动和建立无线网络，当网络建立后，负责接收终端控制节点（STM32田间控 制器）返回的信息，发送相应的控制信息到各个田间控制器中。
[0028] 第一 CC2530无线收发模块3-1与第二CC2530无线收发模块3-2以ZigBee协议 实现无线通信，如图2所示，ZigBee是基于IEEE802. 15. 4协议的一个开放式的标准，具有低 成本、低功耗、低速率的特点，可同时无线连接大量不同的电子设备。设计选用TI公司最新 推出的CC2530芯片作为控制器的微处理器，它集成了一个高性能2. 4GHz直接序列扩频射 频收发器、一个增强型单周期的8051CPU和一个DMA控制器，具有8KB的SRAM、32 / 64 / 128KB的片内FLASH存储器、2个支持多种串行通信协议的USART、8通道的14位ADC、定时 器和21个可编程的I / 0引脚，具有宽电压范围（2?3. 6V)、低功耗和电源电量可监控等 特点。在ZigBee协议栈中UART具有中断、DMA两种模式，本文设计中均采用UART的中断 模式。
[0029] 本实施例中，所述田间控制节点为多个基于STM32的田间控制器5。
[0030] 本实施例中，所述湿度传感器11和温度传感器12为功能合一的SHT11温湿度传 感器。
[0031] 本实施例中，所述田间控制器1放在主管道上，配有液位传感器7、压力传感器8及 流量传感器9,执行机构是调节水压大小的变频器10。
[0032] 本实施例中，所述田间控制器2-田间控制器η完全相同，放在每块田地里，配有 SHT11 土壤温湿度传感器，一个终端节点模块可以根据需要连接多个测温湿度的探头，执行 机构是控制滴灌开闭的电磁阀6。
[0033] 本实施例中，所述STM32的田间控制器5为STM32F103VET6闪存32位微控制器。它 基于突破性的ARM CortexM3内核，工作频率为72MHz，内部集成了高速存储器（高达128Kb 闪存和20Kb SRAM)、通过APB总线连接丰富增强的外设和I / 0,另外包含了 2个12位的 ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口 ：2个I2C和 SPI、3个USART、一个USB和一个CAN.由于设备集成了标准的通信接口，无需配置额外的组 件，减少系统成本，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的 解决方案。
[0034] 如图4所示，由于液位、压力、流量传感器均是4?20mA模拟信号输出设备，需要 用模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，再由STM32单片机进行处理。本设计需要采 集液位、压力、流量等4?20mA设备信息，所以设计4通道采集电路。
[0035] 本实施例中，所述第二CC2530无线收发模块3-2与STM32的田间控制器5采用 MAX3232芯片串口通信电平转换。
[0036] 实际使用中，上位机1发送采集指令，经由S3C6410网关2,利用第一 CC2530无线 收发模块3-1和第二CC2530无线收发模块3-2将指令发送给基于STM32的田间控制器5 ; 各传感器节点将检测到的数据上传到STM32田间控制器5,然后由它通过CC2530无线收发 模块同样经由网关将数据发送到上位机1中；上位机1对接收到的数据进行智能处理和决 策，例如对湿度值进行排序、得到湿度值较小的几块田地，并据此对STM32田间控制器5发 送开启这几块田地电磁阀6的命令，从而实现自动滴灌。
[0037] 在田块面积大，需要控制上百个电磁阀6门的大规模灌溉区域，可将图1部分连接 传感器的终端节点替换为路由节点，路由节点及终端节点均装备传感器。ZigBee无线传感 网络将由一个网关协调器节点、适当数目的路由器节点和多个终端节点组成，路由器和终 端通过内部程序进行设置，且在一定距离内均可与网关直接通信。统采用休眠唤醒机制，实 现了低功耗运行。
[0038] 本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出 发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：包括上位机（1)、S3C6410网关（2)、 第一 CC2530无线收发模块（3-1)、田间控制节点和执行机构，所述上位机（1)、S3C6410网 关（2)、第一 CC2530无线收发模块（3-1)依次相连，所述田间控制节点与第二CC2530无线 收发模块（3-2)、太阳能供电系统（4)相连，所述第一 CC2530无线收发模块（3-1)与第二 CC2530无线收发模块（3-2)以无线通讯方式相连，所述田间控制节点与液位传感器（7)、压 力传感器（8)、流量传感器（9)、湿度传感器（11)和温度传感器（12)相连接，所述田间控制 节点的输出端还与执行机构相连以达到自动控制目的。
2. 根据权利要求1所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述田间控 制节点为多个基于STM32的田间控制器（5)。
3. 根据权利要求1所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述湿度传 感器（11)和温度传感器（12)为功能合一的SHT11 土壤温湿度传感器。
4. 根据权利要求1、2或3所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述 田间控制器1放在主管道上，配有液位传感器（7)、压力传感器（8)及流量传感器（9)，执行 机构是调节水压大小的变频器（10)。
5. 根据权利要求1、2或3所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述 田间控制器2-田间控制器η完全相同，放在每块田地里，配有SHT11 土壤温湿度传感器，一 个终端节点模块可以根据需要连接多个测温湿度的探头，执行机构是控制滴灌开闭的电磁 阀（6)。
6. 根据权利要求1、2或3所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述 STM32的田间控制器（5)为STM32F103VET6闪存32位微控制器。
7. 根据权利要求1、2或3所述的一种无线节水滴灌自动控制系统，其特征在于：所述 第二CC2530无线收发模块（3-2)与STM32的田间控制器（5)采用ΜΑΧ3232芯片串口通信 电平转换。
【文档编号】G05D27/02GK203894659SQ201420124843
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】高鸿儒 申请人:高鸿儒